溫拌型干法SBS 改性瀝青及混合料性能研究

陳 欣,韋 清,馬海濤,薛曉飛

[1.寧夏交通科學研究所有限公司，寧夏 銀川 750001; 2.國路高科（北京）工程技術研究院有限公司,北京 100083]

0 引言

苯乙烯－丁二烯－苯乙烯嵌段共聚物改性瀝青即SBS 改性瀝青兼具橡膠和塑料的雙重特性，具有良好的高溫性能、低溫性能、水穩(wěn)定性和抗疲勞性能，具有瀝青改性劑全能冠軍的稱號，在道路工程中被廣泛應用[1-4]。目前應用較多的傳統(tǒng)濕法成品SBS 改性瀝青，存著在SBS 改性劑離析、受熱分解，性能衰減、拌和站監(jiān)管困難等技術上的缺陷和管理上的困難。

為了克服傳統(tǒng)濕法SBS 改性瀝青存在的問題，一些學者提出采用干法改性工藝，以制備SBS 改性瀝青混合料，即將SBS 改性劑直接投入到瀝青混合料中攪拌，做到隨拌隨用。干法SBS 改性瀝青混合料解決了濕法改性監(jiān)管困難、性能衰減等缺陷[5-6]。

干法和濕法SBS 改性瀝青混合料的拌和溫度基本在175~185 ℃能達到較好的改性效果，較高的拌和溫度不僅增加能耗、排放溫室氣體造成污染環(huán)境，而且容易引起瀝青的老化。溫拌技術可以在保證瀝青混合料性能不發(fā)生衰減的前提下有效降低混合料施工溫度20~30 ℃，減少了能源消耗及溫室氣體的排放，對于推動綠色交通建設具有積極的推動作用[7]。

溫拌型干法SBS 改性技術，充分融合了干法SBS 優(yōu)點和溫拌技術在節(jié)能減排方面的優(yōu)勢。該文將溫拌型干法SBS 改性劑作為基質瀝青改性劑，通過設置不同摻量的改性瀝青性能試驗，研究溫拌型干法SBS 改性劑對基質瀝青性能的影響，綜合改性瀝青性能、造價等因素，選擇溫拌型干法SBS 改性劑在瀝青中的適宜摻量?；趦?yōu)選出的溫拌型干法SBS 改性劑摻量進行混合料性能試驗，分析溫拌型干法SBS 改性瀝青混合料的路用性能，為溫拌干法SBS 改性瀝青混合料在道路工程中的應用提供支持。

1 材料

1.1 基質瀝青

瀝青采用SK-90#A 級道路石油瀝青，按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》（JTG E20—2011）T 0604、T 0605、T 0606 對瀝青的性能指標進行試驗，試驗結果見表1。

表1 90#基質瀝青技術指標

1.2 溫拌型干法SBS 改性劑

溫拌型干法SBS 改性劑在干法SBS 改性劑研發(fā)體系基礎上，將SBS 改性劑與Sasobit 溫拌劑通過膠體磨進行摩擦、剪切成的微米級顆粒，即溫拌型干法SBS 改性劑（SBS-W）。SBS-W 由國路高科（北京）工程技術研究院有限公司提供。外觀為綠色顆粒，灰粉含量為0.04%，熔融指數(shù)為4.15 g/10 min。改性劑干拌分散性好，可直接投放于瀝青混合料拌和設備。

1.3 集料

粗細集料由寧夏博路面材料公司提供，性能指標符合《公路工程集料試驗規(guī)程》（JTG E42—2005）的要求。礦粉為石灰?guī)r，產(chǎn)地為寧夏回族自治區(qū)。

1.4 配合比設計

依據(jù)行業(yè)標準《公路瀝青施工技術規(guī)范》（JTG F40—2004）進行配合比設計，采用AC-13 級配范圍中值[8]。級配曲線見圖1。

圖1 AC-13 型瀝青混合料合成級配曲線圖

2 SBS-W 對瀝青性能影響

為研究溫拌改性劑對瀝青性能的影響，基于不同摻量的SBS-W 開展瀝青性能試驗，擬定SBS-W 劑量為基質瀝青質量的0%、5%、6%、7%，分析不同劑量對瀝青三大指標的影響，確定SWS-W 的最佳用量。

2.1 溫拌型干法SBS 改性瀝青制備

將基質瀝青置于烘箱中并使其溫度升至135 ℃，在加熱好的基質瀝青中加入設計摻量的SBS-W，使用高速攪拌器攪拌3 min，使添加的SBS-W與基質瀝青混合均勻，得到3 組改性瀝青樣品。

2.2 基本物理指標

根據(jù)《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》（JTG E20—2011）T 0604、T 0605、T0606 對3 組改性瀝青進行針入度、延度和軟化點試驗。不同SBS-W 摻量下改性瀝青三大指標結果見圖2（a-c）。

圖2 瀝青三大指標隨改性劑摻量變化規(guī)律

據(jù)試驗結果可知，SBS-W 的加入使針入度降低、軟化點升高，改性瀝青延度低于基質瀝青，但隨著SBS-W摻量的增加，改性瀝青三大指標均有所提升；SBS-W 摻量在0~5%范圍內，三大指標增長速率較慢，摻量從5%加到6%時，三大指標快速增加，且優(yōu)于傳統(tǒng)SBS 改性瀝青的經(jīng)驗值；摻量超出6%時，增長速度開始變緩，綜合考慮瀝青性能以及經(jīng)濟指標，確定SBS-W 的最佳用量為基質瀝青質量的6%，以該用量開展以下瀝青混合料的制備以及路用性能檢驗。

3 干法SBS-W 瀝青混合料路用性能試驗

溫拌型干法SBS（干法SBS-W）改性瀝青混合料是一種新型材料，工藝和材料都需要進行大量的試驗來驗證在實際應用中的可行性。

3.1 溫拌型干法SBS 改性瀝青混合料制備

先在集料中加入SBS-W 拌和90 s，使SBS-W 均勻分散在礦料中，再根據(jù)最佳瀝青用量加入基質瀝青拌和90 s，拌和溫度為145 ℃，較傳統(tǒng)SBS 改性瀝青混合料拌和溫度低20~30 ℃，拌和完成立即成型瀝青混合料路用性能試驗試件。

3.2 馬歇爾穩(wěn)定度

根據(jù)《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》（JTG E20—2011）的試驗方法成型馬歇爾試件，根據(jù)T0709 對SBS-W 改性瀝青混合料的馬歇爾穩(wěn)定度進行評價，試驗結果見表2。

表2 改性瀝青混合料馬歇爾穩(wěn)定度試驗結果

由試驗結果可知，干法SBS-W 改性瀝青混合料及傳統(tǒng)SBS 改性瀝青混合料的馬歇爾穩(wěn)定度符合技術要求。

3.3 高溫性能

制作300 mm×300 mm×50 mm 干法SBS-W 改性瀝青混合料車轍試件，根據(jù)《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》（JTG E20—2011）T 0719 的試驗方法進行車轍試驗，驗證干法SBS-W 改性瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性，試驗結果見表3。

表3 改性瀝青混合料車轍試驗結果

由試驗結果可以看出干法改性瀝青混合料的動穩(wěn)定度遠超于技術指標且優(yōu)于傳統(tǒng)濕法改性瀝青混合料，說明干法SBS-W 改性瀝青混合料的抗車轍能力得到了顯著的提升，是由于干法改性工藝避免了傳統(tǒng)濕法工藝易離析的缺點，使得混合料整體穩(wěn)定，具有良好的高溫穩(wěn)定性。

3.4 低溫性能

根據(jù)《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》（JTG E20—2011）的試驗方法進行三點小梁彎曲試驗。通過驗證試件破壞時梁底的最大彎拉強度和最大彎拉應變對比驗證改性瀝青混合料的低溫穩(wěn)定性，試驗結果見表4。

表4 改性瀝青混合料小梁彎曲試驗結果

由試驗結果可知，干法改性瀝青混合料試件破壞時的最大彎拉應變略小于SBS 改性瀝青混合料，是因為SBS-W 中的溫拌劑中Sasobit 會影響混合料的低溫性能。

3.5 水穩(wěn)性

根據(jù)《公路瀝青路面施工技術規(guī)范》（JTG E20—2011）的試驗方法對改性瀝青混合料進行凍融劈裂實驗，驗證SBS-W 在不同工藝手法下瀝青混合料的水穩(wěn)定性，試驗結果見表5。

表5 改性瀝青混合料凍融劈裂試驗結果

由試驗結果可知，干法改性瀝青混合料的殘留強度比略高于濕法改性瀝青混合料，說明干法改性對瀝青和骨料之間的黏結力影響更大，更能增大瀝青膜的抗剝落能力，從而提升了改性瀝青混合料的水穩(wěn)定性。

4 結論

（1）通過研究SBS-W 不同摻量下的改性瀝青性能指標，分析軟化點、延度、針入度的變化規(guī)律，確定SBS-W 最佳摻量為6%。

（2）對比研究干法SBS-W 改性瀝青混合料與濕法SBS 改性瀝青混合料的路用性能，兩者路用性能都符合規(guī)范要求，其中干法SBS-W 的馬歇爾穩(wěn)定度、高溫性能、水穩(wěn)定性優(yōu)于濕法SBS 改性瀝青混合料，低溫性能略遜于濕法SBS 改性瀝青。

（3）進一步提升干法SBS-W 改性瀝青混合料的低溫穩(wěn)定性是之后的研究目標，可以采用摻入纖維來提升改性瀝青混合料的低溫性能，具體還需進一步研究。